STAP‑buňky – nový příslib pro regenerativní medicínu

V čem tento průlom spočívá? Japonští a američtí vědci pod vedením Haruko Obokataové z RIKEN v Kjótu a Charlese Vacantiho z bostonské Harvard Medical School vystavovali myší plně diferencované somatické buňky nejrůznějším druhům stresu, např. vysokým teplotám, nedostatku živin nebo vysokým koncentracím vápníkových iontů. V reakci na bakteriální toxin, mechanickou deformaci a kyselé prostředí pozorovali u stresovaných buněk už druhý den expresi genů, jež jsou typické pro pluripotentní buňky, např. expresi genu Oct4. Kultivaci v kyselém prostředí pak rozvinuli do plně funkční techniky dediferenciace somatických buněk. Daří se jim navodit pluripotenci u plně diferencovaných myších somatických buněk zhruba třicetiminutovou kultivací v kyselém prostředí s pH 5,7. Čtyři pětiny buněk tuto extrémní stresovou zátěž nepřežijí. Třetina všech přežívajících buněk ztrácí svou diferenciaci a získává pluripotenci.

Po pluripotentních buňkách je stále větší poptávka, protože jsou příslibem pro léčbu řady chorob i následků těžkých úrazů. Po úplné nebo částečné rediferenciaci na požadovaný typ somatické buňky by je totiž bylo možné použít pro regenerativní medicínu.

Pluripotentní buňky pro medicínu

Tradičním zdrojem pluripotentních buněk jsou raná předimplantační embrya, z jejichž embryoblastu lze připravit embryonální kmenové buňky (ESC). Pro léčbu pomocí těchto buněk je nutné buď získat ESC, které dokáže pacientův imunitní systém tolerovat, nebo tyto buňky implantovat do míst, kde je zvýšená imunitní tolerance. Využití embryonálních kmenových buněk je navíc v mnoha zemích omezeno z etických důvodů. Přesto už byly zahájeny klinické zkoušky léčby pomocí ESC u poranění míchy nebo u degenerativních onemocnění oční sítnice.

Aktivace genů pro transkripční faktory Sox2, Oct4, c‑Myc a Klf4 navodí pluripotenci u somatických buněk a vzniknou tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC). Ty lze vypěstovat pro jakéhokoli pacienta a následně jejich rediferenciací získat populaci buněk vhodných pro pacientovu regenerativní léčbu. Také využití iPSC má svá úskalí, protože geny c‑Myc a Klf4 použité pro dediferenciaci somatických buněk patří mezi onkogeny a jejich aktivace s sebou nese zvýšené riziko vzniku karcinomu. První klinické zkoušky regenerativní léčby pomocí iPSC by měly začít v Japonsku během roku 2014 a jsou cíleny na léčbu degenerativních změn sítnice oka.

Rychlejší, účinnější, bezpečnější

Nový typ pluripotentních kmenových buněk označovaných jako STAP‑kmenové buňky (STAP je zkratkou anglického „stimulus‑triggered acquisition of pluripotency“ – zisk pluripotence spuštěný stimulem) se jeví v mnoha ohledech jako nadějnější než dosud používané pluripotentní linie kmenových buněk. STAP‑buňky lze zjevně připravit z různých typů diferencovaných somatických buněk. Obokataová uspěla při dediferenciaci kyselým prostředím nejen u myších T‑lymfocytů, ale také u buněk odebraných z myší kůže, plic, jater a mozku. Zdá se, že tak bude možné připravit individualizované pluripotentní kmenové buňky pro konkrétní pacienty.

Ve srovnání s přípravou iPSC je postup pro přípravu STAP‑kmenových buněk rychlejší. Trvá řádově dny, zatímco produkce iPSC je záležitostí týdnů. Tvorba STAP‑buněk je také několikanásobně efektivnější. Účinnost při vzniku iPSC se pohybuje kolem 1 %. Za hlavní výhodu považují odborníci fakt, že pro vytvoření STAP‑kmenových buněk není zapotřebí aktivovat onkogeny a nedochází k umělým zásahům do dědičné informace.

Dediferenciace plně diferencovaných buněk do pluripotentního stavu po silném stresu fyzikálním stimulem je z přírody známá u rostlin. Také v živočišné říši byla popsána razantní dediferenciace po stresu. Jako příklad se nabízí regenerace ztracených nebo těžce poškozených tkání a orgánů u obojživelníků. Už v roce 1947 popsal Johannes Holtfreter laboratorní rediferenciaci buněk žabí kůže na neurony poté, co původní buňky vystavil účinku kyselého prostředí. Přesto je objev dediferenciace plně diferencovaných somatických buněk savců jednoduchým fyzikálním stimulem velkým překvapením pro všechny, kdo na poli biomedicínského výzkumu působí.

Totipotence STAP‑buněk

STAP‑buňky dediferencované kyselým prostředím jsou sice pluripotentní, ale velmi špatně se množí. Tuhle obtíž překonali vědci kultivací STAP‑buněk v médiu s růstovými faktory, které napomáhají udržet u kultivovaných myších buněk pluripotenci. Dělící se buňky mají všechny charakteristiky pluripotentních kmenových buněk.

V kultivačním médiu pro indukci diferenciace pluripotentních buněk na trofoblast se STAP‑buňky mění na buňky trofoblastu. To je další revoluční objev, protože ani ESC ani iPSC se na buňky trofoblastu diferencovat nedokážou. STAP-buňky tedy vykazují totipotenci, tj. schopnost diferenciace na všechny buňky včetně placenty a plodových obalů. V tomto ohledu se plně vyrovnají buňkám raného předimplantačního embrya.

Nabízí se proto otázka, zda by STAP‑buňky samy nedokázaly zajistit vývoj kompletního jedince. Podle Charlese Vacantiho sdílejí kulovité shluky STAP‑buněk celou řadu rysů s předimplantačním embryem a po přenosu do dělohy myši se zdárně vyvíjejí po polovinu obvyklé délky gravidity. Japonští vědci ale popřeli, že by takové pokusy proběhly. Je zřejmé, že kdyby STAP‑buňky prokázaly schopnost nahradit embryo, ocitlo by se jejich využití v biomedicíně z etického hlediska v podobné situaci, v jaké jsou lidské embryonální kmenové buňky. To by znamenalo pro další rozvoj tohoto směru výzkumu a pro praktické využití jeho výsledků velkou komplikaci.

Rychlejší uplatnění v praxi?

Objev pluripotence buněk navozené stresem může mít pro medicínu zásadní význam i v případě, že STAP‑buňky nebudou v dohledné době využívány pro buněčné terapie nebo tkáňové a orgánové inženýrství. Indukce pluripotence stresem se může uplatňovat v extrémních situacích spontánně uvnitř organismu. Mnohé vědce proto nyní zajímá, jestli buňky budoucích nádorů neprocházejí v počátečních fázích onkogeneze stadiem srovnatelným se STAP‑buňkami. STAP‑buňky by se mohly podílet i na spontánním hojení a regeneraci tkání. Posílení těchto procesů by bylo pro medicínu velkým přínosem.

Fenomén STAP může vnést světlo do letitých sporů o to, zda se v těle dospělého savce včetně člověka přirozeně vyskytují pluripotentní buňky nebo nikoli. Někteří vědci tvrdí, že nalezli takové buňky například v kostní dřeni. Jiní odborníci ale při pátrání po pluripotentních buňkách v dospělém lidském organismu neuspěli a existenci těchto buněk v těle dospělých savců vylučují. Tento rozpor lze možná vysvětlit rozdílnou stresovou zátěží buněk zkoumaných různými týmy. Za určitých podmínek mohly v kulturách vznikat pluripotentní STAP‑buňky a jiné kultivační podmínky, jež nevystavily buňky dost silnému stresu, vzniku STAP‑buněk naopak nepřály.

V otázce rychlosti, s jakou by mohly STAP‑buňky dospět ke klinickým zkouškám, vládne mezi experty opatrný optimismus. Jestliže od objevu iPSC do zahájení prvních klinických zkoušek uběhlo osm let, pak v případě STAP‑buněk by mohl být tento interval výrazně kratší, například i proto, že u iPSC s aktivovanými onkogeny panovaly od počátku poměrně velké obavy z karcinomů.

STAP‑buňky čeká ještě důkladné prověřování, které zabere řadu let. Není například jasné, zda je metoda úspěšná i u buněk dospělých nebo dokonce starých jedinců. Obokataová pracuje s buňkami týden starých myších mláďat. Zatím také ještě nikdo nevytvořil lidské STAP‑buňky. Na tom už se ale zcela jistě horečně pracuje.

Zdroj: Medical Tribune